Isı Pompaları ve Uygulamaları

... konulu sunumlar: "Isı Pompaları ve Uygulamaları"— Sunum transkripti:

1 Isı Pompaları ve Uygulamaları
Isı Pompaların elemanları

2 Isı Pompaların Elemanları
Kompresörün işlevi Kompresör güç tüketimi Kompresör giriş ve çıkış basınç ve sıcaklığı Kompresörde giriş ve çıkış gaz yoğunluğu Güç diyagramı Kompresörde ideal gaz koşuları kompresör türleri İdeal kompresör özellikleri

3 Kompresörün işlevi Bir ısı pompası sistemleri döngüsünde, ısıtma veya soğutma sağlamak için sıvıyı sistemde taşımak gerekir. Kompresör, akışkan hareketinde sorumlu bileşen ve bu nedenle sistem güç tüketiminde önemli bir faktördür.

4 kompresör güç tüketimi
Kompresör için gereken enerji bir elektrik motoru tarafından sağlandığında, kompresöre verilen güç bu şekilde hesaplanabilir: & Watt izentropik işlem

5 Kompresör giriş ve çıkış basınç ve sıcaklığı
Kompresörün emme basıncı ve sıcaklığı önemli derecede evaporatörden etkilenmektedir. Genel olarak, yüksek buharlaşma oranlarına sahip soğutucular evaporatör çıkışında daha fazla basınç üretir. Ayrıca, Kompresörün emme basıncı; buharlaşma entalpisi, normal kaynama noktası, soğutucu gaz debisi, evaporatörde ve kondenserde ısı transferi ve ikincil akışkanların sıcaklığı gibi parametrelere bağlıdır. Gaz özellikleri arasında normal kaynama noktası yüksek olması kompresör giriş sıcaklığını arttırır.

6 Kompresör giriş ve çıkış basınç ve sıcaklığı
Kompresör çıkış basıncı özgül hacmin (veya yoğunluk) bir fonksiyonudur. Düşük yoğunluğu olan soğutucu gazlar kompresör odasının içinde önemli ölçüde sıkıştırılabilir ki bu kompresörün çıkış hattında yüksek bir basınca neden olur. Kompresörün iç sıcaklığı önemli ölçüde, kompresör performansını etkiler. Gaz sıcaklığının artması verimliliğin düşmesine neden olur. Başka bir ifade ile kompresörde bir gazın daha yüksek bir sıcaklık üretmesi, o sistemin verimliliğinin daha düşük olması demektir. Bir durumda termal genişleme vasıtasıyla kompresörün iç bileşenlerinin arızalanmasına veya bozulmasına yol açabilir.

7 Kompresör giriş ve çıkış basınç ve sıcaklığı
Şekil de (a ve b) R404a soğutucusu için, gaz miktarına göre giriş ve çıkış hatlarının sıcaklık ve basınç sonuçları çeşitli su debilerinde verilmiştir.

8 Kompresör giriş ve çıkış basınç ve sıcaklığı
Giriş sıcaklık (C)

9 Kompresörde giriş ve çıkış gaz yoğunluğu
Şekil’de kompresör giriş ve çıkış yoğunluğu gaz miktarına karşı gösterilmiştir. Soğutucu gaz kapalı ve sabit hacimde çalıştığından dolayı, sistemde gaz miktarıyla soğutkanında yoğunluğu artmaktadır. Gaz miktarına göre kompresör giriş ve çıkış yoğunluğu

10 Güç diyagramı Gaz miktarı arttıkça elektrik akımının artması ve onun bir sonucu olarak kompresörün güç tüketiminin artması şekil ’de gösterilmiştir. İki aşamalı olarak çalışan pistonlu kompresör (emme ve tahliye) emme aşamasında daha az güç tükettiği için, tekrar edilen bir çevrimde güç parametresinde salınmaya neden olur. Sabit Evaporatör ve kondenser koşullarında gaz miktarına bağlı akım ve gerilim değişimleri

11 İdeal koşullarda P1v1/T1 = P2v2/T2 = R
Kompresörde ideal gaz koşuları R404a soğutkan için gaz sabiti (eşittir j/kg.K) çizilmiştir. R sayısı ile karşılaştırmak için emme ve basma hatlarında, Pv/T hesaplanmıştır. İdeal koşullarda P1v1/T1 = P2v2/T2 = R Soğutkan gaz miktarı ve kondenser su debisi ile ideal gaz durumundan sapma diyagramı

12 Pozitif deplasmanlı ve dinamik kompresörler
Pozitif deplasmanlı kompresör ile dinamik kompresör arasındaki temel tek fark, bir sıvıya enerjinin uygulama gerçeğidir. Pozitif deplasmanlı kompresör 'de, basıncı artırmak için akışkan hacmini fiziksel olarak azaltırken, dinamik kompresör 'de akışkana hız sağlanır ve bu basınç artışına neden olur. dinamik kompresör Pozitif deplasmanlı kompresör

13 Deplasmanlı Kompresörler
kompresör türleri kompresörler Deplasmanlı Kompresörler Ejector Radyal Aksiyel Pistonlu Dönel Spiral (scroll) Paletli Sıvı çemberli Vidalı

14 Pistonlu kompresör Temel olarak bir pistonlu kompresör karter, krank, biyel kolu, silindir, piston, emme ve basma valflerinden oluşur.

15 Pistonlu kompresör Tek kademeli sıkıştırma 2 kademeli / çok kademeli
Çift-etkili sıkıştırma Tek kademeli sıkıştırma Yalnızca bir sıkıştırma çemberi vardır Yaklaşık 14 bar’a kadar işletme basıncına ulaşmak mümkündür. 2 kademeli / çok kademeli sıkıştırma seri şekilde bağlanmış 2 veya daha çok sıkıştırma çemberi vardır 2 kademelilerde yaklaşık 40 bar , çok kademelilerde yaklaşık 2000 bar’a kadar işletme basıncına ulaşmak mümkündür. Çift-etkili sıkıştırma kompresyon çemberleri kullanılan her silindirde pistonun hem altında hemde üstünde yer alır. Pistonun her iki yöne hareketinde de sıkıştırma yapılır.

16 Pistonlu kompresör İki Kademe ve Üç kademeli sıkıştırma
İki Kademeli : 1. silindir de hava genellikle nihai basınç değerinin karekökü değerinde bir basınca kadar sıkıştırılır. Isınma nedeniyle genleşen sıkışmış havayı soğutarak hacmini azaltmak için birinci ve ikinci kademe ( 2. silindir ) arasına bir ara soğutucu yerleştirilir. Pratikte bu tek kademeli sıkıştırmaya oranla 20% gibi bir enerji tasarrufu sağlar. Üç kademeli sıkıştırma : Üç kademeli kompresörler ( 3 silindir ) , 300 bar nihai basınç değerine kadar ulaşmak için kullanılır.

17 Vidalı kompresör Vidalı kompresörler dönel tip kompresörler olup deplasmanlı kompresörler sınıfında yer almıştır. Vidalı kompresörler bir gövde içerisine yerleştirilmiş mil şeklinde birbirine geçmiş rotordan oluşturulmuş, ana rotorgüç ünitesinden aktarılan enerjinin yaklaşık 85-90% nını basınç ve ısı enerjisine dönüştürür. Sistemin yağlanması , sızdırmazlık ve ısının azaltılması amacıyla sisteme yağ püskürtülür.

18 Paletli kompresör Paletli kompresörler temel olarak silindirik bir gövde ve bunun içerisine eksantrik olarak yerleştirilmiş bir rotordan oluşur. Rotorun gövdesinde içine paletlerin yerleştirildiği boyuna açılmış yarıklar vardır. Dönüş esnasında oluşan merkezkaç kuvvetinin etkisiyle paletler iç duvarlara baskı yapar. Rotorun eksantrik yerleşimi nedeniyle rotor döndükçe sıkıştırma çemberindeki boşluk azalır ve hava adım adım sıkıştırılır.

19 Orbital scroll kompresörler
Havanın sıkıştırılması sabit ve orbital scrolların etkileşimi aracılığıyla olur. Orbital scroll yörüngesel hareketine devam ederken hava sürekli olarak daha küçük ceplerde sıkıştırılır. Bu sıkıştırma hareketi sonsuz şekilde yinelenirken darbesiz basınçlı hava elde edilir.

20 1- Lob tipi kompresör , 2- Sıvı çemberli kompresör

21 Kompresör işi ve verimliliği
ideal gaz için izentropik süreçte, kompresörün spesifik işi, burada R gaz sabiti (kJ/ kg.k) ve k özgül ısıların oranıdır (K=Cp/Cv ) soğutucu akış kütlesel debi uygulandığında, güç tüketimi: kompresördeki izentropik verimliliği, Çevre sıcaklığı Termodinamik 2. yasa verimliliği ise,

22 Örnek 100 kPa basınç ve 280 K sıcaklıkta hava, sürekli akışlı açık bir sistemde 600 kPa basınç ve 400 K sıcaklığa sıkıştırılmaktadır. Havanın debisi 0.02 kg/s'dir ve sıkıştırma işlemi sırasında çevreye 16 kJ/kg ısı geçişi olmaktadır. Kinetik ve potansiyel enerji değişimlerini ihmal ederek, kompresörü çalıştırmak için gerekli gücü hesaplayın. Tablodan, T1 ve P1 h1=280.1 kJ/kg T2 ve P2 h2=400.9 kJ/kg ! W=?

23 Örnek R22 sürekli akışlı bir ısı pompasının çalışma döngüsü P-h diyagramında gösterilmiştir. Sistemin kompresör izentropik verimliliği ve 2. yasa verimliliğini hesaplayınız. (çevre sıcaklığı 20 C)

24 Örnek

25 Örnek 1- Hangi çevre sıcaklığında sistem en yüksek 2. yasa verimine sahiptir? 2- kompresör izentropik çalışma koşullarında hangi verim 100% olur? 3- bu ısı pompası TH=20 C ve TL =10 C sıcaklık aralıklarında çalışılırsa en yüksek verimi bulunuz. Aşağıdaki denklemden ısı pompasının 2. yasa verimini hesaplayınız Ƞ= COP/COPtr Mutlak sıfır noktası şu anda tanımlanan teorik olarak en düşük sıcaklık. Bu sıcaklık0 Kelvin, yani derece Santigrad.

26 Örnek Helyum sürekli akışlı bir kompresörde, 120 kPa basınç ve 310 K sıcaklıktan, 700 kPa basınç ve 430 K sıcaklığa kadar sıkıştırılmaktadır. Sıkıştırılma işlemi sırasında çevreye 20 kJ/kg ısı geçişi olmaktadır. Helyumun debisi 90 kg/dak ise gerekli gücü bulunuz. Cp= kJ/kgK W-q=∆h + ∆Ke + ∆Pe h2-h1=Cp(T2-T1) W= 640 kJ/kg

27 İdeal kompresör özellikleri
İdeal bir kompresörde aşağıdaki genel karakteristikleri aranır: 1.İlk kalkışta dönme momentinin mümkün olduğunca az olması. 2.Verimlerin kısmi yüklerde de düşmemesi. 3.Değişik çalışma şartlarında emniyet ve güvenirliliği muhafaza etmesi 4.Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli seviyesinin üstüne çıkmaması 5.Ömrünün uzun olması ve arızasız çalışması 6.Daha az bir güç harcayacak birim soğutma değerini sağlayabilmesi 7.Maliyetinin mümkün olduğu kadar düşük olması 8.Sürekli bir kapasite kontrolü ve geniş bir yük değişimi-çalışma rejimine uyabilmeli.